集成電路CAD教學實踐方法探索

向舜然

集成電路CAD教學實踐方法探索

向舜然

摘要：集成電路版圖設計是微電子產業鏈中重要的一環，是連接設計與制造的橋梁，關系到集成電路最終的性能。隨著集成電路的特征尺寸的減少，密集度的提高，對版圖設計人員的要求進一步提高，不僅僅是對版圖設計人才的素質，而且在人員的需求量上也成倍的增長。那么往往學校的教學不能與技術的革新同步，學生再接受學校的培養之后，一般到企業要經過二次培訓，浪費了大量的資源和時間。本文通過分析并探索實踐了集成電路CAD的新的考核方法，實際教學中得到較好的效果，值得改革。

關鍵詞：集成電路；考核方法；改革

一、引言

《集成電路CAD》是微電子技術專業的核心課程之一。課程所講授的集成電路版圖設計是銜接集成電路設計與制造的關鍵環節，在本專業的學習與職業能力培養中起重要作用。本課程實踐性很強，主要培養學生的cadence軟件使用技能、電路分析能力、器件版圖識別分析能力、集成電路版圖設計與驗證能力等版圖分析、版圖設計崗位技能的核心部分。

本課程的學習將完成學生進入集成電路版圖相關崗位前的基本能力訓練，有助于學生更快的適應崗位工作。前期課程主要有《數字電路》《模擬電路》《半導體集成電路》《半導體器件物理》《集成電路制造工藝》等。集成電路版圖是銜接集成電路設計與半導體制造工藝的接口。本課程重點介紹集成電路與版圖的分析方法、版圖設計技巧，以及版圖驗證方法。使學生具備在cadence軟件平臺上分析電路、設計版圖，并最終完成驗證等版圖設計員應有的基本能力。通過本課程的學習，學習者應該具備集成電路版圖設計應有的知識、技能與素質[1]。

學生來學校讀書最大的期望是能學以致用，找到一份合適的工作，經過座談會，調研等方式了解到。學生經常會對自己所學習的版圖知識產生疑問，到底自己學了版圖后能干什么，企業對這個崗位的要求又是如何的？他們都很迷茫，特別是如果老師自己不是長期在企業行業工作的情況下更為明顯。如果有行業的人員能直接跟學生溝通，告訴他們需要在學校期間學習什么，重點掌握哪些知識，哪些素質。學生也不會漫無目的學習。通過調研分析發現，存在兩個問題：第一，學生在學校期間無法定位自己以后從事的工作。沒有明確的學習目標。第二，企業、研究所的版圖需求量大，但是卻無法找到合適的微電子專業的員工，往往從其他專業招聘到員工。而這些員工由于沒有進行系統的微電子專業學習，無法深入的理解版圖的原理，在繪制版圖的時候就達不到一定的效率。無法及時完成項目進度，造成拖延。并且版圖設計人員的流動性大，新員工需要進行2-3各月的培訓才能做基本的工程項目。

二、集成電路CAD課程安排

本課程要求學生有扎實的電子電路和專業英語基礎，具備較強的專業基礎知識，如《數字電路》《模擬電路》《半導體集成電路》《半導體器件物理》《集成電路制造工藝》等。

在教學組織上，安排了30個課時的理論教學，30學時的實驗教學；以此進一步加強學生對版圖設計的了解，熟悉并掌握版圖設計專業知識和基本技術。具體安排的課時和內容：集成電路版圖原理與MOS管版圖結構的繪制6節、電路分析與CMOS反相器版圖設計4節、與非門/或非門版圖設計與版圖驗證4節、棒狀圖的使用與異或門版圖設計4節、基本D觸發器版圖設計4節、電壓比較器版圖設計4節、集成RC振蕩器版圖設計4節。確定課程標準是課程建設的關鍵，是完成人才培養方案的保障，是課程的綱領性文件，是課程組不同教師任教的尺度。我們和24所等企業共同開發了《集成電路CAD》的課程標準，主要欄目有：課程基本信息、課程學習目標描述、課程能力標準要求、課程主要內容、學習者能力測試指導、教學資源配置等。在近幾年實施過程中，經過了反復修改和完善。本課程在教學內容的選擇和使用上，一貫遵循篩選優化的原則。高度關注高職教育在教材編寫上的新變化，及時更新和選用優秀教材。近幾年來，我們采用的教材不斷跟隨新的教學計劃和招生計劃的調整進行變動，在同類教材中進行反復的比較遴選，采用能夠為教師授課和學生學習提供最大便利的優質教材，并始終圍繞著學生的具體情況和學習特點選擇教材或編寫教材[2]。

三、教學實踐改革

掌握企業實際需求。由于微電子版圖設計企業的性質，導致需求也會不盡相同。企業會對版圖設計人員所掌握的版圖工具（有多種）類型、版圖人員的熟練程度（上手時間）、版圖設計人員的性格（嚴謹度）、版圖設計人員的基礎知識掌握度（有可能從事多個崗位）以及版圖分析能力有不同的要求。這就要求我們對企業的需求有準確的把握，并在教學環節中刻意去強化企業的需求。量身定制版圖教學計劃。目前的集成電路版圖教學計劃都是依據課本上的知識，由于集成電路發展快，分類廣，因此書本上無法涵蓋所有知識，以目前的課本為例，集成電路版圖有雙極型和數字型MOS管型電路的繪制，但課本側重于數字MOS管型電路的繪制。而重慶大部分的版圖設計企業都需要繪制雙極型電路。學生以后進企業后第一件事兒就是學習雙極性版圖的繪制。無異于上課大部分時間做了無用功。因此根據企業工程師的學習培養經歷及企業的需求制定教學計劃，不論是學生學習任務還是企業的培訓負擔都大大降低。建立企業員工行業教師交換機制。行業的教師往往不能及時的把握企業的需求，即使在短暫的溝通過后了解到企業目前的需求，但是企業的需求是會變化的。技術也是在變化的，因此老師到企業去鍛煉，首先可以很好的了解到現行狀況下的需求，也能對版圖最新的工具及設計方法有了解，回到學校也可以更好的實施教學。曾經有老師講授的某個軟件都已經淘汰很多年的情況，這種情況下，學生即使學會了，出了校門也不能運用。版圖設計員工來學校教學，首先能把版圖設計的優秀的一些品質傳遞給學生，并且學生與員工溝通，更能了解企業的前景，發展，需求等一系列問題。為以后學生進入并融入企業打下基礎。版圖員工也會對學生有一定的了解。方便引進優秀的學生進企業。研究共同培養的可行性。研究制定學生到企業鍛煉的安全、實習內容、實習形式、鍛煉時間、鍛煉待遇政策，就共同培養教學計劃、教學進程表、考核評價，學生定向就業等相關內容給予書面的約定。考核的時候平時成績由五個方面組成：出勤情況、上課答疑、實踐報告、完成作業、學生自評。其占比分別為30%、10%、30%、20%、10%。其中《集成電路CAD》的作業分成理論、實踐報告、設計等類型，每次課后都有要求。學生自評的成績由如下幾部分組成：學習態度、實踐報告質量、制造測試質量、回答教師提問質量等組成。期末成績的組成與比例：期末成績由二個方面組成，首先是理論考試站到期末成績的40%、其次是實踐考核占到60%。其中實踐考核方式采用隨機考查的方式來完成，其內容是平時在課堂上所講授的內容及實操內容，在學生進校的手讓學生養成良好的習慣。讓他們理解到只要平時上課跟著老師一步一步走，該做的實驗都準時高質量完成，考核就不怕不能通過。理論考核實際上占比不多，主要是考核學生在上課時候掌握知識的情況，主要是理論的知識，也近似一些常識性的東西。一般以閉卷形式對學生進行測試考核。總評成績由以上二個方面組成。平時成績50%考試成績50%，考核方式及考核內容與傳統相比，作了較大的改革。探索建立一條由版圖設計公司需求到人才培養到學生就業的專用通道。解決版圖設計公司用人荒，培訓困難，人員流動大等問題。解決學校培養與實際差距大的問題。解決學生學習目標性不強，積極性不高的問題[5]。

參考文獻：

[1]王毓，嚴振.校企合作框架下高職院校管理模式的變革——基于新制度經濟學視閾的解讀[J]中國電力教育，2010，(27)：48.

[2]施敏，徐晨.基于九天EDA系統的集成電路版圖設計[J].南通：南通工學院學報(自然科學版)，2004，3(4)：101-103

[3]黃靜，施敏，張振娟，張雪峰.“集成電路CAD”課程教學平臺的構建[J].電氣電子教學學報，2012，04：41-42.

[4]施敏，孫玲，徐晨，景為平.淺談“集成電路版圖CAD”課程建設[J].中國集成電路，2007，12：59-62.

[5]張宇.人力資本專用性和企業參與職業教育的行為選擇[J].職業技術教育.2006，(6)：43-44.

中圖分類號：TN40

文獻標識碼：A

作者單位：（重慶城市管理職業學院）

作者簡介：向舜然（1987.03-），男，重慶人，碩士研究生，研究方向：數字信號處理FPGA實現，工作單位：重慶城市管理職業學院。